Температура и термометры

Проводя измерения, следует помнить, что любой термометр всегда измеряет свою собственную температуру. Когда термометр приводят в контакт с изучаемым телом, мы видим разного рода изменения. Например, в термоскопе меняется давление и объём газа в шаре (см. § 6-а), а в термометрах меняется длина «столбика» ртути или подкрашенного спирта.

Но вскоре между термометром и телом наступает термодинамическое равновесие – состояние, при котором остаются постоянными все величины, характеризующие эти тела: их массы, объёмы, давления и так далее. С этого момента термометр показывает не только свою температуру, но и температуру изучаемо¬го тела.

Итак, температура – физическая величина, измеряемая термометром и одинаковая у всех тел или частей тела, находящихся в термодинамическом равновесии друг с другом. Нпример, на этом рисунке термодинамическое равновесие ещё не наступило, так как меняется длина столбика спирта. Поэтому говорить о температуре воды преждевременно, необходимо подождать.

Процедура разметки шкалы термометра в единицах темепратуры называется градуированием. Проведём её на примере шкалы Цельсия. Поместим будущий термометр в смесь воды и льда. Поставим отметку 0 °С. Затем опустим его в воду, кипящую при нормальном атмосферном давлении. Поставим отметку 100 °С. Расстояние между отметками разделим на 100 равных частей. Образуются деления, каждое по 1 °С.

Вообразим, что мы изготовили два термометра: ртутный и спиртовой. Поместим их в стакан с кипятком. Разумеется, они покажут 100 °С. Подождем, пока вода остынет до 50 °С по ртутному термометру. Удивительно, но спиртовой термометр будет показывать температуру на 7 градусов ниже! Это объясняется тем, что ртуть и спирт неодинаково расширяются при одинаковом изменении температуры. Другие опыты также подтвёрдят, что тепловое расширение других веществ, как правило, тоже неодинаково. Это необходимо учитывать при изготовлении термометров.

Как мы только что выяснили, показания термометров зависят от выбора термометрического тела: ртути, спирта и так далее. Для преодоления этого недостатка ученые стали искать другие способы измерения температуры. Их внимание остановилось на газонаполненном термометре.

Выяснилось, что газовый термометр показывает одно и то же значение температуры вне зависимости от того, каким газом заполнен. Например, водородом, кислородом, воздухом или каким-либо другим. Оказывается, тепловое расширение всех газов практически одинаково. Поэтому газовый термометр условились считать эталонным (образцовым) термометром.

Показаниям газового термометра наиболее близко соответствуют показания ртутных термометров. Они гораздо более компактны, и потому очень широко применяются в технике. Спиртовые термометры менее точны, но зато и более безопасны (так как ртуть ядовита). Их используют, главным образом, в быту.